煤层气成藏动力条件及其控藏效应/煤层气成藏机制及经济开采基础研究丛书.pdf

煤层气成藏动力条件及其控藏效应/煤层气成藏机制及经济开采基础研究丛书.pdf
 

书籍描述

编辑推荐
《煤层气成藏动力条件及其控藏效应》作者秦勇、傅雪海、韦重韬、侯泉林、姜波等以沁水盆地和鄂尔多斯盆地为主要对象,于2003年在国内率先启动了煤层气成藏动力条件的系统研究。本书即是在此基础上,总结了作者本世纪前十年的相关研究成果和思考,期望形成具有一定系统性且符合我国地质条件的煤层气成藏地质理论,并对推动煤层气勘探与开发技术创新有所贡献。

目录
序一 贾承造
序二 戴金星
前言
第一章 研究基础
第一节 研究意义
第二节 研究现状
一、构造和热动力学条件及其控气作用
二、沉积动力学条件及其控气作用
三、地下水动力学条件及其控气作用
四、煤层气成藏动力学研究发展趋势
第三节 科学问题
一、现存主要问题
二、重点解决的科学问题
第四节 研究方案
一、主要研究内容
二、研究流程与技术方法
三、预期目标
第二章 煤层气地质背景
第一节 地层与含煤地层
一、沁水盆地地层与含煤地层
二、鄂尔多斯盆地东缘南段地层与含煤地层
第二节 构造及岩浆活动
一、区域地质发展史
二、沁水盆地构造特征
三、鄂尔多斯盆地东缘南段构造特征
四、岩浆活动
第三节 煤级与煤层含气量
一、沁水盆地煤级与煤层含气量
二、鄂尔多斯盆地东缘南段煤级与煤层含气量
第四节 煤层气资源
第三章 煤层气成藏构造动力条件
第一节 基本概念与研究方法
一、构造应力与构造应力场
二、古构造应力场与现代构造应力场
三、构造应力场研究流程
四、构造应力场有限元数值模拟
第二节 盆地构造应力场及其演化
一、沁水盆地构造应力场
二、鄂尔多斯盆地构造应力场
第三节 盆内构造分异及其控气特征
一、区域构造背景与盆地构造形成
二、现代构造应力场对煤层渗透性的控制
三、构造曲率对煤层渗透性的控制作用
四、煤层微观应变及其成藏动力意义
第四节 构造动力条件耦合控气格局
第四章 煤层气成藏热动力条件
第一节 石炭二叠系煤层埋藏历史
一、含煤地层上覆地层厚度恢复
二、煤层埋藏历史与埋藏阶段
三、煤层埋藏史地质模式
四、煤层埋藏史与煤层气的保存
第二节 地温场特征及其演化
一、区域地温场及其演化历史
二、沁水盆地地温场及其演化历史
三、鄂尔多斯盆地东缘南段地温场及其演化历史
第三节 燕山运动中期构造热事件
一、构造热事件发生时期
二、构造热事件的强烈性、非均一性和瞬时性
三、异常高热古地温场形成的地质地球化学机制
第四节 热动力特征与煤层气富集条件
一、沁水盆地古热场的控气地质特征
二、鄂尔多斯盆地东缘古热场的控气地质特征
第五章 煤层气成藏水动力条件
第一节 水文地质单元边界及其控气特征
一、沁水盆地水文地质单元及其边界控气特征
二、鄂尔多斯盆地东缘水文地质单元及其边界控气特征
第二节 现代地下水动力场与煤层气富集
一、沁水盆地现代地下水动力场与煤层气富集
二、鄂尔多斯盆地东缘现代地下水动力场与煤层气富集
第三节 现代地下水地球化学场及其控气特征
一、沁水盆地地下水地球化学场与煤层气保存条件
二、鄂尔多斯盆地东缘地下水地球化学场与煤层气保存条件
第四节 地下水系统与煤层气成藏能量动态平衡
一、甲烷在煤层水中溶解度的温压物理模拟
二、煤储层气水两相流在煤层气聚散中的作用
三、盆地内部地下水动力条件控气作用的显现形式
第六章 煤层渗透率与成藏动力条件
第一节 耦合分析理论与方法
一、煤储层应力渗透率及其数学模型
二、煤储层气水两相流特性物理模拟
三、煤层气解吸诱导煤储层渗透率变化数值模拟
第二节 沁水盆地南部煤层的应力渗透率
一、煤储层应力渗透率地质模型
二、煤储层应力渗透率力学模型
三、煤储层应力渗透率及其解析模型
第三节 相对渗透率对煤层气成藏过程的影响
一、沁水盆地煤相对渗透率的基本特点
二、煤层气聚散历史中的煤储层气水两相流
三、煤层气解吸诱导的煤储层渗透率演化
第四节 煤基块弹性自调节作用与成藏效应
一、煤层裂隙开合程度及其对成藏效应的影响
二、煤基块弹性自调节效应物理模拟
三、煤基块弹性自调节效应模式
四、高煤级煤成藏的弹性自封闭效应
第七章 煤层气聚散历史及其区域分异
第一节 煤层气聚散历史数学模型
一、煤层气聚散动态平衡子模型
二、煤层气生成储层压力赋存子模型
第二节 煤层气聚散历史数值模拟软件系统
一、数值模拟软件基本功能
二、数值模拟软件基本结构
第三节 沁水盆地煤层气聚散作用
一、沁水盆地煤层气地质模型
二、沁水盆地煤层气聚散作用阶段
三、沁水盆地煤层气聚散作用区域分异
第四节 鄂尔多斯盆地东缘煤层气聚散作用
第八章 煤层弹性能及其控藏效应
第一节 煤层弹性能的物理与数学描述
一、煤层弹性能总体构成
二、煤层弹性能数学模型推导
三、煤层弹性能的一般影响因素
第二节 煤层弹性能成藏贡献的定量表征
一、煤层气成藏宏观动力能和微观动力能
二、煤层气压力系统发育程度定量表征
三、煤层气运移系统发育程度定量表征
第三节 煤层弹性能及其参数的成藏演化
一、煤层弹性能地质演化历史
二、煤层气压力系统地质演化历史
三、煤层气运移系统地质演化历史
第四节 基于弹性能的煤层气成藏类型与聚散模式
一、煤层气成藏效应三元判识模式
二、煤层气成藏能量聚散模式
第九章 基于动力条件的煤层气有利区优选
第一节 煤层气有利区优选方法发展历史
第二节 煤层气有利区动力条件优选思路与流程
一、煤层气有利区动力条件优选思路
二、煤层气有利区动力条件优选流程
第三节 沁水盆地煤层气富集高渗区带
一、表象动力条件叠合法优选
二、煤层气成藏效应法优选
三、煤层气能量聚散模式优选
四、煤层气有利区带综合优选
第四节 鄂尔多斯盆地东缘南段煤层气富集高渗区带
一、表象动力条件叠合法优选
二、煤层气成藏效应法优选
三、煤层气能量聚散模式法优选
四、煤层气有利区带综合优选
第十章 煤层气成藏动力学研究的扩展思考
第一节 影响煤层渗透性发育的地应力效应
一、我国地应力分布规律与特点
二、地应力场与煤层渗透性
第二节 影响煤层气成藏动力条件的深度效应
一、深部煤层气资源及其开发潜力
二、地温场和应力场耦合作用下的煤层含气量临界深度
三、深部应力场作用下的煤层渗透性分布特点
四、深部煤层流体动力分布特点
第三节 影响煤层含气动力条件的煤级效应
一、低煤级煤层气资源及其开发潜力
二、低煤级煤的孔隙结构与吸附性
三、低煤级煤层气的赋存状态
第四节 影响煤层气成藏动力条件的粒度效应
一、我国构造煤分布规律与特点
二、构造煤煤层气资源及其开发潜力
三、煤吸附行为粒度效应模拟实验及其启示
参考文献

文摘
第一章 研究基础
将煤层气作为天然气资源进行商业性开采,是世界油气工业史上的一个重要里程碑(Flores,1998)。1977年,美国的世界上第一口煤层气井产出工业气流,拉开了世界煤层气资源性开发的序幕。目前,美国、加拿大、中国、澳大利亚等实现了煤层气地面规模性商业开采,美国近十年来的煤层气年产量占其本土天然气总产量的8%左右。世界上另有30余个国家和地区正在进行或曾经开展过煤层气勘探与开发试验,其中约一半的国家产出了煤层气流(Fischer,2004)。我国煤层气勘探与开发试验已迈入第四个十年,目前在局部地区实现了商业性开发的突破。在此期间,国内在煤层气基本地质条件和成藏特征方面做了大量卓有成效的研究工作,取得了一系列新的成果和认识,但仍存在一些关键科学技术问题(秦勇,2001,2003,2006a)。鉴于此,欲在现有基础上实现新的突破,有必要深入分析研究现状,明确科学问题,提出创新研究思路。
第一节 研究意义
化石能源是国际竞争的重要战略资源。煤层气作为一种潜力巨大的优质洁净替代能源,受到世界多数产煤国家或地区的高度关注。我国煤层气开发前景巨大,目前处于煤层气产业规模性发展的初期阶段,制约煤层气商业性开发的关键科学问题亟待突破。
首先,开发煤层气是实现国家能源发展战略目标、保障国家能源安全的重大需求。国民生产总值每增加1%,能源需求必须增长0.5%。我国目前能源年增长速率只有2%左右,与为适应国民经济增长速度所需的4%~5%能源增长率相差甚远。预计到2015年,我国天然气对外依存度将达30%。然而,我国丰富的煤层气资源至今还未得到有效开发。据国土资源部2006年全国煤层气资源评价成果,我国埋深2000m以浅的煤层气资源量36.81×1012 m3,与陆上常规天然气资源量基本相当(车长波等,2008)。我国煤层气一旦得以规模性高效开发,则有可能使我国优质一次能源产量实现跨越式增长,进而有效地缓解洁净优质能源供需缺口对国民经济可持续发展带来的压力。赋存于地下的煤层气作为矿井瓦斯灾害的根本来源,对煤矿安全生产构成重大危害。据国家煤矿安全监察局统计,2007年全国矿井瓦斯事故占煤矿事故的28.6%,死亡近500人,国家财产也蒙受巨大损失。我国采煤活动每年向大气释放出大量的煤层甲烷气体,2000年约100×108 m3 2010年达到215×108 m3,占全球采煤来源甲烷温室气体排放量的50%以上(表1.1)。,因此,开发利用我国丰富的煤层气资源,具有增加优质洁净能源供给、有效缓解大气温室效应、从根本上遏制矿井瓦斯灾害的三重效益,是实现国家关于“开发新能源,实现能源利用与环境保护同步,保证可持续发展”能源战略需求的一条现实途径。
表1.1 世界主要产煤国家矿井瓦斯向大气排放趋势
国 家 排放量/108m3 国 家 排放量/108m3
1990 年 2000 年 2010 年 1990 年 2000 年 2010 年
中国 76 100 215 德国 18 .5 10 .5 8 .5
美国 61 .5 50 58 .5 印度 6 6 .5 13
俄罗斯 41 .5 21 .5 20 .5 南非 22 5 5
乌克兰 40 .5 20 17 .5 哈萨克斯坦 11 5 4 .5
澳大利亚 16 16 .5 20 .5 英国 8 4 3 .5
波兰 17 .5 10 .5 9 .5 捷克 6 4 3

第二,解决我国煤层气地质的“瓶颈”问题,需要深入理解相关基础地质问题。煤层气主要以吸附态赋存在煤层中,有别于呈游离状态赋存的常规天然气,因此煤层气的成藏机制和开发原理与常规天然气极为不同。国外煤层气地质理论及开发技术主要起源于简单地质条件和相对高渗背景的煤层气成藏系统,我国煤层气资源主要赋存在地质历史复杂的晚古生代―中生代含煤地层,具有煤储层非均质高以及渗透性、储层压力和含气饱和度偏低的“三低一高”的总体特征,使国外有关理论与开发技术在我国的应用受到局限。截至2010年年底,我国煤层气探明储量只有2902×108 m3 仅占总资源量的0.79%探明率非常之低,无法满足从煤层气资源大国向煤层气资源开发强,国跨越的国家需求。此,外,我国目前煤层气地面商业性开发工程集中在沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东部,突破了高煤级煤层商业性开发这一被国外视为的煤层气地面开发“禁区”,但多个盆地历经30余年的勘探与开发试验,至今没有取得商业性开发的理想效果。这些事实表明,煤层气开采技术的不断创新,需要结合我国煤储层实际地质条件开展。为此,针对我国具体地质条件,通过对关键基础科学问题的深入研究,阐明煤层气成藏与分布规律以提供可靠资源保障,探索低渗条件下煤层气增产的物理化学机制以带动开发新技术的形成,正是突破上述“瓶颈”进而实现我国煤层气高效开发的迫切需求与必由途径。
第三,开展我国煤层气成藏动力条件前导性基础研究的条件基本具备。自国家“八五”计划以来,我国根据自身的煤层气赋存特点与开发条件,广泛开展了相关理论与开发技术的探讨,较为清醒地认识到我国煤层气成藏与分布规律的复杂性,针对我国煤储层低渗特点的相关开发技术研究取得显著进展。煤层气地面商业性开发在沁水、鄂尔多斯、阜新等盆地已经实现,排采实验在华北、华南、东北的十余个地区取得单井产气突破,地面水平分支井最高日产在高煤级煤地区可达100000m3,昭示出中国煤层气开发的巨大潜势,在实践中突破了关于高煤级煤地区无法实施地面开发的国外现行煤层气理论的局限性,由此掀起了新一轮中国煤层气开发技术创新的热潮。截至2010年年底,全国共施工各类煤层气井5407口,其中绝大部分是2006年以来新施工的煤层气开发井。全国地面井煤层气产量从2004年的0.1×108 m3 提高到2010年的15.89×108 m3,实现了“十亿”大关的突破。全国煤层气矿井抽采量从2004年的16.95×108 m3 剧增至2010年的73.50×108 m3 增幅达4.3倍;在此期间,百万吨煤炭产量死亡率从3.08人降至0.75人,接近了世界煤矿,安全生产的先进水平。大量的前期研究与探索,不仅揭示出我国煤层气商业性开发所面临的关键科学问题,同时为解决这些问题以推动我国煤层气产业尽快形成提供了丰富的资料和实践基础。
煤层气基础地质研究是煤层气产业可持续发展的根本保障。我国通过30年来的探索与努力,煤层气产业已基本形成。然而,我国前期煤层气地质选区成功率只有35%左右,勘探与开发试验活动存在一定的盲目性,难以满足产业发展形势和国家目标的需求;目前的煤层气地面开发活动主要集中在华北沁水盆地和鄂尔多斯盆地,地理分布极不平衡,战略接替基地尚未真正落实。煤层气基础地质研究的广度和深度不足是造成这种现状的主要因素之一。其中,煤层气成藏动力学及其控藏效应则是关键科学问题之一,直接关系到煤层气有利区带的科学预测和国家层面上的煤层气勘探开发战略部署。
第二节 研究现状
从能量平衡系统的视角来考察煤层气成藏的动力学条件及其配置关系是本书作者提出的具有创新意义的学术思想,目前未见其他研究成果报道。但是,关于煤层气成藏的构造动力学条件、热力学条件以及地下水条件,前人做过较多研究,其中不乏具有新意、且对煤层气勘探实践具有指导意义的研究成果。
一、构造和热动力学条件及其控气作用
从广义上讲,构造因素直接或间接地控制着从含煤地层形成至煤层气生成聚集过程中的每个环节,是所有地质因素中最为重要而直接的控气因素。在聚煤期,构造控制着煤系地层和煤层形成发育的特征,影响到煤层气的生成、储集、封盖潜势;在聚煤期后,构造特征及其演化通过对构造变形和热历史的限定,不仅对煤层气生成、储集、封盖性能产生影响,而且直接控制了煤层气的运移、聚集、保存特征,从而决定着特定地区煤层气资源开发潜力的大小。
含煤盆地的基底性质及其所处的大地构造位置,对于煤层气的形成、富集和开发前景有决定性意义(张德民、林大扬,1998)。研究表明:地台基底型含煤盆地和地台与褶皱带过渡区含煤盆地具有良好的煤层气资源条件和开发前景,如华北地台及上扬子地台上的晚古生代盆地、华北地台北缘的中生代盆地;中间地块基底型含煤盆地煤层气资源和前景差异很大,如佳木斯地块上及松辽地块东缘的早白垩世盆地、准噶尔地块南缘的早中侏罗世盆地等资源条件较好,其他大部分盆地前景较差;褶皱带基底型含煤盆地煤层气资源和开发条件总体上较差,但某些盆地也有一定的前景,如天山海西褶皱带和祁连加里东褶皱带上的早中侏罗世盆地。
不同类型的地质构造,在形成过程中构造应力场特征及其内部应力分布状况的不同,均会导致煤储层和封盖层的产状、结构、物性、裂隙发育状况及地下水径流条件等出现差异,进而影响到煤储层的含气性和可采性。根据形态、动力学条件以及不同构造样式的控气地质特征,我国研究者将与煤层气有关的构造归纳为向斜构造、背斜构造、褶皱逆冲推覆构造和伸展构造4个大类10种型式,进而结合断层的运动学特征总结出与其相应的14种构造样式(叶建平等,1999)。在此基础上,进一步总结了我国煤层气主要聚气带和目标区的基本构造形态,分析了构造类型与煤储层含气性之间关系的区域展布规律。
热动力学条件及其控制下的生气特征,是煤层气富集或逸散的重要控制因素之一。通过研究,认识到控制我国东部晚古生代煤层气富集的古热场具有“多期多热源叠加”的特征(杨起、汤达祯,2000)。相关的热场特征及生气因素包括三个关键方面:一,在燕山期热事件中二次有效受热(二次生气作用)历史;二,二次有效受热条件下的生气过程和生气阶段;三,生气作用停止后煤储层的埋藏历史。由此,并结合特定地区煤化作用和生气特征,将热动力条件与煤层气生成保存条件之间的关系总结为不同的类型(秦勇等,1997;秦勇、宋党育,1998)。例如:山西南部包括三种类型,第一种类型位于晋城翼城、临汾洪洞和沁源沁县三个地区,二次有效受热历程长,经历了1~2个生气高峰阶段,生气作用停止时已达干气阶段,煤储层在煤层气逸散带中停留时间短或从未暴露于逸散带,煤层气的保存条件最好,其中晋城一带是区内目前已知含气性最好的地区。
区域构造背景控制之下的古构造应力场决定了煤储层裂隙的发育特征,现代构造应力场控制着裂隙的开合程度,两者共同控制了煤储层渗透率的高低。基于对典型盆地的分析研究,发现裂隙优势发育方向与现代构造应力场主应力方向之间的关系控制了煤储层裂隙的开合性质,现代构造应力场主应力差与煤储层渗透率呈指数关系且高度相关(秦勇等,1999b)。由此揭示:古、今构造应力场主应力方向的大方位转换有利于煤层气的保存及煤储层渗透率的增加,现代构造应力场相对应力的大小决定了渗透率增减的幅度,进而建立了构造应力场煤储层渗透率耦合控气的地质模式和数学模型,为根据构造应力场特征来定量预测煤储层渗透率提供了基础。
二、沉积动力学条件及其控气作用
沉积储盖型式耦合关系或沉积体系域,对煤层气成藏具有显著的控制作用。在不同的沉积体系中,煤层赋存于成因地层单元(旋回)中的不同位置,与顶板甚至顶板之上一定距离内的围岩构成各式各样的组合关系,形成了在区域上具有一定展布规律的六种储盖组合基本成因类型。根据对煤储层封盖能力的强弱,它们又可进一步被归纳为三大类别(秦勇等,2000a):第一大类包括浅海障壁海岸和湖泊两种类型,对煤储层的封盖能力较强;第二大类为滨海三角洲类型,是我国晚古生代含煤地层的主要沉积体系,但封盖能力变化较大;第三类别包括浅海无障壁海岸、河流和冲积扇三种类型,封盖能力总体上较差。基于这一认识,进一步对华南上二叠统龙潭组、华北石炭二叠系的储盖组合进行了分析,并就煤储层含气性的区域分布进行了预测(叶建平等,1999;秦勇等,2000a;傅雪海,2001)。同时,初步讨论了近海相地层体系域中煤层顶底板、地层叠置关系、层序界面等与煤层气聚散条件之间的关系,认为低位体系域有利于煤层气的保存(金高峰、龚绍礼,2001);率先将层序地层学的有关思想和方法引入陆相盆地煤层气地质研究,发现体系域的层序地层构型对煤层气成藏的地质要素和潜势具有显著影响,认为A型体系域最有利于煤层气的成藏(桑树勋等,2002)。
煤储层的几何特征系指煤层在三维空间的展布形式,包括煤层厚度、煤层稳定性、煤层结构等,对煤储层含气性和物性有一定影响,同样是控气系统中的重要地质因素。控气地质因素的复杂性,导致很多地区煤储层厚度与含气性之间并无因果联系,但也不乏两者之间具明显正相关趋势的实例,例如铁法、淮南、邢台、临城、石嘴山、宝积山、萍乡、丰城、合山、茂兰、罗城、袁家、洪山殿、老厂、圭山、南桐等矿区或井田(叶建平等,1999)。究其实质,在其他初始条件相似的情况下,煤储层厚度越大,达到中值浓度或者扩散终止所需要的时间就越长(韦重韬,1998)。同时煤储层本身就是一种高度致密的低渗透性岩层,厚度越大,中部分层煤层气向顶底板扩散的阻力就越大,这也许就是某些地区煤厚与含气量之间具有正相关趋势的根本原因(秦勇等,2005)。
煤储层厚度同样与裂隙发育的间距和高度具有一定关系(张胜利,1995),天然裂隙极度发育的构造煤发育程度随煤储层厚度的增大而增强,由此影响到煤储层渗透率的高低。分析华北晚古生代47层煤的试井资料发现,煤储层厚度与渗透率的关系明显分布在两个区域,或呈现出两种截然相反的分布趋势(秦勇等,2000b)。就构造煤发育的煤储层而言,煤厚与渗透率之间表现出负相关趋势。但从构造煤不发育的煤储层来看,当渗透率小于0.5×10-3 μm2 时,煤层厚度增大,渗透率总体上有增高的趋势;在渗透率大于0.5×10-3 μm2 时,渗透率随煤厚的增大却反而降低。由此表明,构造煤发育的煤储层,渗透率受沉积作用与沉积期后构造作用的综合影响;对于渗透率小于0.5×10-3 μm2 的构造煤不发育煤储层,沉积作用通过煤厚对天然裂隙发育程度的控制而影响到渗透率的高低。然而,对于渗透率大于0.5×10-3 μm2 的煤储层,上述负相关趋势仅用沉积作用显然无法解释,表明地应力控制之下的裂隙闭合度、煤级和煤岩组成控制之下的裂隙发育密度等因素可能起着更为重要的控制作用。
沉积环境通过对煤物质组成的控制,在一定程度上也影响着煤储层的吸附性、含气性和物理特性(钟玲文、张新民,1990;张有生等,1998;张群、杨锡禄,1999)。研究发现,在气煤至无烟煤晚期阶段,镜质组含量与Langmuir体积之间的关系存在“临界”现象,镜质组含量一旦超过55%Langmuir体积的离散性突然增大,离散范围内的最高吸附量骤然跃升,最低吸附量却随煤,级呈“台阶”式略有增高,最高吸附量在镜质组含量大于75%之后基本保持恒定;惰质组含量与Langmuir体积之间关系同样具有“临界”现象,两者之间呈“抛物线”式演化,最高吸附量在惰质组含量20%与30%之间达到顶点。同时发现,镜质组和惰质组的吸附性随煤级增高的演化趋势截然不同(秦勇等,1999a)。由此可见,如果含气饱和度较低并且镜质组含量低于55%,则煤储层中可能难以赋存有开采价值的煤层气;沉积作用对煤储层吸附特征的影响不仅起源于泥炭聚集阶段,而且在后续煤化作用过程中的表现也相当明显;通过对煤岩物质组成三维空间分布规律的研究,有可能对煤储层含气性和物性分布的非均质性进行精细预测。
三、地下水动力学条件及其控气作用
含煤层气系统的能量平衡维系于系统的流体势,因此地下水及气水两相流在煤层气成藏过程中发挥着重要作用。足够的能势形成较高的煤储层压力,有利于煤层气的富集与保存。同时,水的不可压缩性对裂隙起着支撑作用,能使煤储层保持较高的渗透性。然而,相对于煤层气地质研究的其他方向,我国在煤层气成藏的水动力条件方面前期研究较为薄弱,但近年来在水文地质条件区域控气作用、控藏作用、数值模拟、评价理论等方面都取得显著进展。
在区域水文地质条件控气作用方面:提出了华北地区供水、弱交替、强交替、滞缓、停滞、泄水六种煤层气水文地质条件类型,认为陡水势面背景下的平缓部位、重碳酸钠水型高矿化度区、古水文地质条件继承性好的地区有利于煤层气的富集(王明明等,1998);认识到我国水动力条件控气特征表现为水力运移逸散控气、水力封闭控气、水力封堵控气三类作用,其中第一种作用导致煤层气散失,后两种作用则有利于煤层气保存(叶建平等,1999);发现在沁水盆地,水力封闭控气作用又进一步体现为等势面洼地滞流、等势面箕状缓流、等势面扇状缓流三种类型,并在区域上具有明显的展布规律和煤层气富集效应(Qinetal.,2001;傅雪海,2001)。
在煤储层气水两相流控气作用方面:将煤储层与其顶底板含水层、其他与煤储层有水力联系的给水层和含水层作为一个整体,率先提出了“煤层气田气水两相流系统”的概念,将原来仅限于煤储层的传统概念扩展到整个地下水系统或水文地质单元;以此为基础,分析了与系统有关的十种边界的不同组合形式,进一步将气水两相流系统划分为开放型、半封闭型和封闭型三种主要类型,较为深入地讨论了不同类型对煤层气聚散及产出的控制特征和机理(叶建平等,2001,2002)。
在煤储层水动力条件数值模拟与评价方面:建立了煤层气运聚水动力场的地质模型和数学模型,指出低水头高压力区是煤层气吸附聚集的有利地带(骆祖江、杨锡禄,1997);讨论了以煤储层本身给水为主、以顶底板砂岩给水为主、以煤储层底部灰岩为主三种水文地质状况的控气特征,考虑煤储层压力特征、吸附解吸特征、给水层与含水层的富水性和渗透性、含水层的非均质性、单元内构造复杂程度等参数,提出了包括三种类型的“煤储层水文地质条件分类方案”,并通过实例研究进行了分析与验证(王洪林等,2000)。
四、煤层气成藏动力学研究发展趋势
鉴于上述研究现状及我国煤层气工业发展需求,在煤层气成藏动力学方面尚有某些关键问题需要深入探索,而近期为解决这些关键问题所进行的努力,则正是本方面研究的必然发展趋势(秦勇,2001,2003,2006b)。
1)探索复杂地质历史下盆山耦合动力学过程对煤层气成藏的控制作用,阐明煤层气成藏的构造背景控气机制。盆地构造背景的复杂性,必然导致煤层气成藏地质过程中各主要因素的时空配置特征复杂化,直接制约着煤层气成藏过程中各种地质场的互动关系,进而导致煤层气富集成藏规律趋于复杂。现行煤层气理论主要建立于对简单地质历史盆地的研究,且未从盆山耦合的辩证关系上加以考察,而我国东部煤层气地质历史复杂,致使前期研究成果的应用具有高度局限性。从盆地尺度上深入剖析构造背景对煤层气成藏的控制作用特征,进而探寻煤层气富集成藏(尤其是在低渗背景下寻找高渗高饱和煤储层)的规律,是国内外本领域广泛关注的重要基础问题。
2)探索盆地内不同构造应力环境下煤层气成藏的构造控气特点,阐明典型煤层气藏形成的构造控制规律。即使处于同一盆地构造背景,盆内不同构造应力背景下煤层气成藏的潜势和特点仍具有较大差异。只有查明这种差异的作用结果,揭示造成差异的地质原因,才有可能从基础上阐明煤层气成藏的构造动力学条件。也就是说,盆地构造背景研究是基础,典型煤层气藏构造研究是内涵,只有通过基础与内涵的有机结合,煤层气成藏的构造动力学条件才有可能得以阐明。这方面研究尽管目前极为薄

内容简介
《煤层气成藏动力条件及其控藏效应》作为国内第一部系统探讨煤层气成藏动力学的学术专著,以沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘为主要研究对象,重点针对“煤层气成藏效应与聚散机制”这一科学问题,从构造动力学过程及其对煤层气成藏的控制作用、地下水动力系统与煤层气聚集关系及其机制、热力场控制煤层气储集和分布的特征与机理、动力场耦合过程及对煤层气富集高渗区带的控制作用四个方面开展研究,提出了煤层弹性能及其控藏效应的学术观点,实现了煤层气成藏演化历史的数值分析,建立了煤层气成藏动力学条件耦合分析的思路与方法,构建了基于动力条件的煤层气有利区优选理论框架,对影响煤层气成藏条件的粒度效应、深度效应、煤级效应、地应力效应等进行了扩展性思考。
《煤层气成藏动力条件及其控藏效应》适宜于煤层气、页岩气地质研究领域科研人员以及大型煤层气勘探开发企业决策人员参考,也可作为科研院所研究生的参考教材。

购买书籍

当当网购书 京东购书 卓越购书

PDF电子书下载地址

相关书籍

搜索更多